Впервые удалось показать, что огромное давление и температура в
мантии Земли влияют на свойства вещества на субатомном уровне. Эти
изменения означают существование нового слоя в земной мантии.
Мантия, расположенная под земной корой и выше ядра, находится на
расстоянии от 30 до 2900 км от поверхности Земли. Поскольку мантия
Земли недоступна непосредственному исследованию, большая часть
информации о ней получена геохимическими и геофизическими методами.
Данные о геологическом строении мантии очень ограничены, их получают в
основном по мантийным расплавам, фрагментам мантийных пород, выносимых
на поверхность вместе с этими расплавами, и по мантийным породам в
составе земной коры.
Нижняя мантия, расположенная между 650 и 2800 км от поверхности
Земли, занимает половину объема планеты, она составлена в основном из
соединений, содержащих кислород, магний и кремний. Около 5% приходится
на долю железа, которое содержится в виде ферропериклаза (оксиде
железа-магния) и силикат-перовскита (силикат железа-марганца).
Сотрудник национальной лаборатории США им. Лоуренса в Ливерморе
Цзюн-Фу Линь и его коллеги из других научных учреждений США совместно с
европейскими коллегами из центра по изучению синхротронного излучения
опубликовали в журнале Science результаты исследования ферропериклаза.
Ранее теоретики предсказали, что в нижней мантии при давлении 135 ГПа и
температуре около 4000 градусов Кельвина происходит спиновый переход -
электроны в атомах железа переходят из состояния с высоким значением
спина в низкоспиновое состояние. Давление и температура заставляют
электроны объединяться в пары, что при нормальных условиях им
несвойственно в этом минерале.
Нынешняя работа американских и французских ученых, проведенная в
лаборатории, где были смоделированы условия нижней мантии Земли
(соответствующие температура и давление), экспериментально подтвердила
теоретический расчет. Более того, было показано, что этот спиновый
переход не имеет характера фазового перехода, и одновременно существуют
и низкоспиновые, и высокоспиновые состояния ферропериклаза.
Исследователи рассчитывают обнаружить аналогичный эффект и для
силикат-перовскита, на долю которого приходится больший процент
вещества мантии, чем на ферропериклаз. Это будет означать, что в мантии
на глубине от 1000 до 2200 км есть переходная зона, где происходит
смена спинового состояния минералов, а это должно влиять на
интерпретацию геофизических данных. Кроме того, спиновое состояние
минералов в мантии может влиять на вулканическую деятельность,
возникновение землетрясений, дрейф континентов. Об этом сообщают
"Известия Науки".
